18483032 Apostila de Instrumentacao Cefet
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Noções básicas de instrumentação
■ Prof. Rogério R. Magalhães
• CEFET
– E-mail: [email protected]
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Noções básicas de instrumentação
■Objetivo:• “Apresentar a simbologia e a tecnologia
de instrumentação utilizada nas Industrias de Processo.”
Noções básicas de instrumentação
■Assuntos abordados• Instrumentação
– Definição
• Simbologia– Definições
– Identificações
• Terminologia
• Instrumentos – Tipos de instrumentos
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Instrumentação
■Definição.“É a técnica utilizada para a medição e
controle do processo que garantirá o rendimento máximo, a segurança dos
equipamentos, dos seres humanos e do meio ambiente.”
Instrumentação
■ Vantagens com a utilização da instrumentação:• Melhoria na qualidade do produto• Quantidade do produto• Otimizar o processo• Ecologia *• Segurança *
* Conseqüências
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Simbologia de instrumentação
■Definição
“Simbologia de instrumentação é a identificação padronizada dos
instrumentos, conforme a norma adotada.”
ABNT – NBR 8190
Simbologia de instrumentação
■Aplicação
–As simbologias são encontradas nos fluxogramas de engenharia, nas telas das estações de controle, nos painéis sinóticos e semigráficos.
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Simbologia de instrumentação
■Definições preliminares• Campo - Área industrial, área externa.
• Sala de controle - Local que se encontram instalados os painéis de controle e monitoração.
• Acessível - Termo aplicado a um dispositivo ou função programada que pode ser visto pelo operador para acompanhamento do processo em ações de controle.
Simbologia de instrumentação
• Eletrônica - Instrumentação cuja alimentação é a tensão elétrica e o sinal padrão transmissão é 4-20mA ou 1-5Vcc.
• Pneumática - Instrumentação cuja alimentação é pneumática e o sinal padrão de transmissão é 3-15PSI.
• Digital - Designação aplicada a um dispositivos ou sinais que utilizam dígitos binários para representar valores contínuos ou estados.
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Simbologia de instrumentação• Analógico - Termo aplicado a um dispositivo ou
sinal que tem variações contínuas.
• Binário - Termo aplicado a um dispositivo ou sinal que tem somente posições ou estados. Quando usado na sua forma mais simples, como em “sinal binário” (oposto a sinal analógico) o termo representa os estados “liga/ desliga” ou “alto/baixo”, isto é, não representa uma variação contínua.
Simbologia de instrumentação• Malha - Combinação de um ou mais instrumentos
interligados.
• Variável de processo - Grandeza física mensurável.
• Elemento sensor - Componente de um instrumento que entra em contato direto com o processo.
• Indicador - Instrumento que sente uma variável de processo e indica seu valor.
• Registrador - Instrumento que sente uma variável de processo e registra seu valor.
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Simbologia de instrumentação
• Chave - instrumento que liga e desliga, abre e fecha, baseado em valores pré-determinados.
• Transmissor - instrumento que sente uma variável de processo por meio de um elemento sensor e gera um sinal de saída que é proporcional a variável de processo.
• Controlador - instrumento que recebe um sinal proporcional à variável medida,compara-o com um valor de referência e gera um sinal padrão na saída.
Simbologia de instrumentação
• Conversor - Instrumento que recebe um sinal padrão pneumático ou elétrico e o modifica sobre a forma de sinal elétrico ou pneumático proporcionalmente.
• Elemento final - Componente da malha que está em contato com a variável de processo modificando-a.
• Compartilhado - Um único instrumento executa as funções de indicação, registro, alarme ou controle.
Simbologia de instrumentação
• Identificação dos Instrumentos–Cada instrumento deve ser identificado com
um conjunto de letras que o classifica funcionalmente e um conjunto de algarismos que identifica a malha o qual o instrumento pertence. ( Tag )
– Tag : É o Termo Técnico utilizado para a identificação dos instrumentos.
–O “Tag” será a identidade do instrumento, por isso não poderá ser repetido.
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Simbologia de instrumentação
■A identificação deverá ser realizada conforme a norma adotada.
• Tipo de Identificação:
1o algarismo - variável medida
2o algarismo - letra de modificação (se houver necessidade)
3o algarismo - função do instrumento
4o algarismo - letra de modificação (se houver necessidade)
Ex.: PT, FQIT , PIT, LSHH, PSHH, Etc...
Terminologia
■Definição“São dispositivos que medem, monitoram,
controlam uma variável de processo.”
• TerminologiaRange ,Span, Erro Estático, Erro Dinâmico, Precisão, Zona Morta, Sensibilidade, Histerese, Repetibilidade e Set-point .
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Terminologia■ Faixa de Medida: (“Range”)
Conjunto de valores da variável medida que estão compreendidos dentro do limite superior e inferior da capacidade de medida ou de transmissão do instrumento.
Expressa-se determinando os valores extremos.
EXEMPLO: 100 – 500ºC0 – 20 PSIetc...
Terminologia
■ Alcance: (“Span”)
É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medida do instrumento.
EXEMPLO:
- Num instrumento com range de 100 a 500ºC, seu “span” é 400ºC.
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Terminologia
■ Erro:
É a diferença entre o valor lido ou transmitido pelo instrumento em relação ao valor real da variável medida.
Podemos ter dois tipos de ERRO.
. Erro Estático e
. Erro Dinâmico.
Terminologia■ Erro Estático:
Se tivermos o processo em regime permanente, dependendo da indicação do instrumento, o qual poderá estar indicando a mais ou a menos, chamaremos o erro de estático, podendo, então, ser positivo ou negativo.
EXEMPLO: -Valor real da variável = 110 ºC-Valor lido = 112 ºC-Erro estático de 2 ºC positivo
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Terminologia■ Erro Dinâmico:
Quando não tivermos a variável constante, teremos um atraso na transferência de energia do meio para o medidor. O valor medido estará geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. Essa diferença entre o valor real e o valor medido é chamada de erro dinâmico.
EXEMPLO:Num dado instante “to”, temos a variável e a indicação em 100 ºC. Em outro instante “t1”, a variável está-se modificando e passando por 110 ºC e a indicação, em t1, é de 106 ºC. Temos, nesse, momento, um erro dinâmico de 4 ºC.
Terminologia
■OBSERVACÃO:
- Quando a variável estiver constante, podemos ter somente o erro estático.
- Quando a variável não estiver constante, poderemos ter o erro dinâmico e o erro estático.
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Terminologia
■ Precisão:
Podemos definir como sendo o maior valor de erro estático que um instrumento possa ter, ao longo de sua faixa de trabalho.
Podemos expressá-la de diversas maneiras:
Terminologia
A-Em porcentagem do valor medido.
EXEMPLO: Precisão de +1%. Para 80 ºC, teremos uma margem de +0,8 ºC.
B-Em porcentagem do valor máximo da escala do instrumento.
EXEMPLO: Precisão de 1%. Range de 50 a 150 ºC. A precisão será de 1,5 ºC.
C-Podemos ter também a precisão dada diretamente em unidades da variável.
EXEMPLO: Precisão de + 2 ºC.
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Terminologia
■ Zona morta:
É a máxima variação que a variável possa ter sem que provoque variação na indicação ou sinal de saída de um instrumento.
EXEMPLO: Um instrumento com range de 0 a 200 ºC e com uma zona morta de + 0,1%.
0,1 x (200/100) = ± 0,2 ºC
Terminologia
■Sensibilidade:É a mínima variação na indicação ou no sinal
de saída de um instrumento que a variável possa ter.
EXEMPLO: Um instrumento com range de 0 a 500 ºC e com uma sensibilidade de + 0,05%, terá valor de:
0,05 x (500/100) = ± 0,25 ºC
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Terminologia
Histerese:É o erro máximo, apresentado por um
instrumento, para um mesmo valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a escala, nos sentidos ascendente e descendente.
Expressa em porcentagem do “span”do instrumento.
Devemos destacar que a expressão zona morta esta incluída na Histerese.
Terminologia
EXEMPLO de Histerese:
Num instrumento com range de – 50 a 100 ºC sendo sua histerese de ± 0,3%, o erro será0,3% de 150 ºC = ± 0,45 ºC
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Terminologia
Repetibilidade:
É a máxima diferença entre diversas medidas de um mesmo valor da variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação. Expressa-se em porcentagem do “span” do instrumento. O termo repetibilidade não inclui a histerese.
Instrumentos
■Classificação dos instrumentos • Quanto ao tipo
–Elemento sensor
– Indicador
– Transmissor
–Controlador
–Conversor
–Elemento final
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Instrumentos
■Classificação dos instrumentos • Quanto a variável de processo
– Instrumentos de temperatura
– Instrumentos de pressão
– Instrumentos de vazão
– Instrumentos de nível
Instrumentos de temperatura
■Temperatura “É o grau de agitação das moléculas de um corpo e pode ser expressa em grauscelcius ( oC), kelvin (oK), Fahrenheit (oF)
etc.”
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Instrumento de temperatura
■Tipos de elementos sensores mecânicos para medição de temperatura• termômetro bimetálico
• Termômetro de enchimento
Instrumento de temperatura
■Tipos de elementos sensores elétricos para medição de temperatura• Termopar
• termoresistência (PT-100)
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Instrumento de temperatura
Acessório
• poço de proteção
Instrumentos de pressão
■Pressão É uma força aplicada numa determinada
área e pode ser expressa em Kgf/cm2, PSI, Kpa etc.
• Tipos de pressão–Pressão relativa = Pressão manométrica
–Pressão absoluta = Pressão ATM + Pressão relativa
–Pressão atmosférica = Pressão barométrica
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Instrumentos de pressão
TIPOS DE PRESSÃO
VÁCUO REAL
PRESSÃO ABSOLUTA
PRESSÃO RELATIVA
PRESSÃO ATM
Instrumento de Vazão
■Vazão “É a quantidade de fluido que passa
através da seção de uma tubulação em uma unidade de tempo considerada.”
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Instrumento de Vazão
■Tipo de Medição Vazão A vazão pode ser medida de três maneiras
- Em volume;
- Em massa;
- Em peso.
Instrumentos de nível
■Nível
“É a altura da coluna de um líquido ou sólido no interior de um tanque ou vaso e pode ser expressa em metro ou o-100% do fundo do vaso.”
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Instrumentos de nível
■Tipos de elementos sensores para medição de nível• flutuadores (bóia)
Instrumentos de nível
Transmissor de nível pneumático e eletrônico
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Instrumentos de nível
Chaves de nível tipo empuxo
Instrumentos de nível
■Transmissor de nível com elemento sensor para medição de nível• radar
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Instrumentos de nível
■Tipos de elementos sensores para medição de nível• Pressão diferencialPrincipio LEI de STEVIN
Pb = Patm + d.g.h
Telemetria
■DEFINIÇÃO“É a técnica de transportar medições
obtidas no processo, através de um instrumento medidor, a pontos distantes onde nos interessa uma medição ou registro dessa medição.”
Telemetria
■Os sistemas conforme o tipo de energia podem ser:• Transmissão pneumática (3-15PSI)
• Transmissão eletrônica (4-20mA, 1-5Vcc)
• Transmissão digital ( RS-485 protocolomodbus, RS-232 protocolo HART, RS-422, “FoundationTM Fieldbus”.
• Transmissão hidráulica
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Controladores
■Tipos de controladores• controlador pneumático
• controlador eletrônico– eletrônicos
– analógico-digital
–C.L.P
Elemento final
■Definição
“O elemento final manipula uma variável de processo.”
■Tipos de Elemento final• Válvulas de controle
• Válvulas de parada de emergência
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Elemento final
• Tipos de válvulas de controle
Elemento final
■Válvula de controle• A válvula de controle se compõe de 3
partes: –Corpo (sede, plug) – castelo–Atuador
FIm
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